鋰離子電池洗滌試驗(yàn)的耐受性

王婷婷 陳有余 楊旭 馬壯 錢景凌 張紅 / 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院

鋰離子電池洗滌試驗(yàn)的耐受性

王婷婷 陳有余 楊旭 馬壯 錢景凌 張紅 / 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院

介紹了鋰離子電池或電池組洗滌試驗(yàn)所采用的設(shè)備、試驗(yàn)程序和試驗(yàn)結(jié)果，研究了電池洗滌試驗(yàn)對(duì)鋰離子電池或電池組的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，相較于鋰聚合物電池，鈷酸鋰電池對(duì)洗滌試驗(yàn)的耐受性較差，容易發(fā)生破裂。但兩類電池在洗滌試驗(yàn)中均未發(fā)生起火或爆炸。

鋰離子電池；鋰聚合物電池；鈷酸鋰電池；洗滌試驗(yàn)

0 引言

鋰離子電池或電池組已被廣泛應(yīng)用于便攜式辦公產(chǎn)品、通信產(chǎn)品、音視頻產(chǎn)品等各類電子產(chǎn)品中，其安全問題引起人們的廣泛關(guān)注[1-5]。目前，常見的鋰離子電池或電池組產(chǎn)品主要分為兩類，鈷酸鋰電池和鋰聚合物電池。

鋰離子電池的洗滌試驗(yàn)主要是模擬實(shí)際使用中尺寸較小的電子產(chǎn)品或其電池因誤操作而發(fā)生的被洗滌現(xiàn)象，它已作為一項(xiàng)重要的安全測試項(xiàng)目，被列入強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB 31241-2014《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組 安全要求》[2]中。

1 測試樣品

本實(shí)驗(yàn)測試樣品為最常見的鋰離子電池或電池組,即鈷酸鋰電池和鋰聚合物電池。這兩類電池具有能量密度高、安全性高的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中。鋰聚合物電池具有超薄化、輕量化、小型化特點(diǎn)。同時(shí)，由于該電池使用了膠態(tài)電解質(zhì)，不會(huì)因?yàn)橐后w沸騰而產(chǎn)生大量氣體，從而杜絕了劇烈爆炸的可能性。鈷酸鋰電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，比容量高，綜合性能突出，但相較于鋰聚合物電池其安全性能較差。鋰離子聚合物電池和鈷酸鋰電池樣品見圖1。

圖1 典型鋰離子電池樣品

2 測試設(shè)備

使用自主研制的電池洗滌裝置開展鋰離子電池洗滌試驗(yàn)。該設(shè)備可以模擬鋰電池在洗衣機(jī)內(nèi)浸泡、攪拌洗滌、甩干等試驗(yàn)工況，并且具有試驗(yàn)液恒溫控制、循環(huán)配液、PH監(jiān)測等功能，試驗(yàn)可以依照標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)按規(guī)定程序運(yùn)行。本試驗(yàn)適用于：

1）手持式電子產(chǎn)品用鋰離子電池組；

2）可能置于口袋中攜帶或使用的便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池組；

3）其他便攜式電子產(chǎn)品用、可置于口袋中攜帶的電池組；

4）安裝非用戶更換型電池/電池組的手持式電子產(chǎn)品。

鋰離子電池洗滌裝置示意圖見圖2，其實(shí)體圖見圖3。

圖2 鋰離子電池洗滌裝置示意圖

圖3 鋰離子電池洗滌裝置實(shí)體圖

3 測試程序

將樣品按照GB 31241-2014中4.5.1規(guī)定的試驗(yàn)方法充滿電后進(jìn)行電池洗滌試驗(yàn)。試驗(yàn)按照以下步驟進(jìn)行：

1）配液：配置pH為11.0±0.1的溶液（可使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.004%的NaOH溶液），并將溶液加熱至45℃±2℃；

2）浸泡：將樣品固定在轉(zhuǎn)動(dòng)裝置上（見附錄E.3），然后將樣品放置在溶液中（電池中心距液面高度為300 mm±10 mm）浸泡0.5 h，試驗(yàn)過程中保持溶液的溫度為45℃±2℃；

3）攪拌：將樣品固定于轉(zhuǎn)動(dòng)裝置上，在溶液中轉(zhuǎn)動(dòng)0.5 h，轉(zhuǎn)速為60 r/min；

4）脫水：移除溶液，轉(zhuǎn)動(dòng)10 min，轉(zhuǎn)速為800 r/min；

5）烘干：將樣品放置在高溫箱中加熱0.5 h，加熱溫度為45℃±2℃；

6）若樣品還能繼續(xù)充放電，則按照GB 31241 -2014中4.5規(guī)定的充放電方法繼續(xù)進(jìn)行一次充放電循環(huán)后結(jié)束試驗(yàn)；若樣品不能繼續(xù)充放電，則結(jié)束試驗(yàn)。

樣品在試驗(yàn)過程及試驗(yàn)后應(yīng)不起火、不爆炸。

4 測試結(jié)果

測試50批次樣品，其中鈷酸鋰電池25批次，鋰聚合物電池25批次。1～25號(hào)樣品為鈷酸鋰電池，26～50號(hào)樣品為鋰聚合物電池。測試發(fā)現(xiàn)，所有測試樣品均未發(fā)生起火或爆炸，鋰聚合物電池比鈷酸鋰電池具有更好的耐洗滌效果。詳細(xì)測試結(jié)果見表1。

表1 鋰離子電池洗滌測試結(jié)果

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

1）84%的鈷酸鋰電池在洗滌試驗(yàn)后發(fā)生損壞性破裂，洗滌后可正常工作的電池僅為4%，說明鈷酸鋰電池對(duì)洗滌試驗(yàn)的耐受性非常差。

2）鋰聚合物電池洗滌后一般不發(fā)生破裂，但部分樣品會(huì)存在無法充放電的情況。

3）電池洗滌后無法正常充放電可能是由于洗滌試驗(yàn)破壞了電池內(nèi)部的電路，導(dǎo)致充放電性能損壞。

4）對(duì)于性能較好的鋰離子電池，經(jīng)過洗滌測試其充放電性能并無明顯改變。對(duì)洗滌試驗(yàn)后可以正常充放電的鋰離子電池進(jìn)行充放電試驗(yàn)，比較該電池洗滌前后的充放電性能。測試依據(jù)為GB 18287-2013中4.2電性能中0.2 ItA放電的要求，電池或電池組按5.3.2.2規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，放電時(shí)間應(yīng)不低于5 h。充放電試驗(yàn)均在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進(jìn)行，溫度15～35 ℃，相對(duì)濕度45%RH～75%RH，大氣壓86～106 kPa。鋰離子電池洗滌試驗(yàn)前后電池放電曲線分別見圖4和圖5。

圖4 鋰離子電池洗滌試驗(yàn)前的電池放電曲線

圖5 鋰離子電池洗滌試驗(yàn)后的電池放電曲線

圖4和圖5中，橫坐標(biāo)為放電時(shí)間，縱坐標(biāo)為電壓和電流。Volt，Curr為洗滌試驗(yàn)前后的放電曲線。從圖4可知，洗滌試驗(yàn)前后的放電曲線基本重合，測試樣品放電時(shí)間不低于5 h，說明被測電池0.2 ItA放電指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，洗滌試驗(yàn)對(duì)于性能較好的鋰離子電池的電性能并無大影響。

5 結(jié)語

根據(jù)GB 31241-2014，便攜式鋰離子電池、便攜式電子產(chǎn)品中含鋰離子電池的應(yīng)按要求完成相關(guān)電池的洗滌試驗(yàn)。

根據(jù)研究分析，制造商和消費(fèi)者可以使用兩種方法規(guī)避洗滌試驗(yàn)帶來的產(chǎn)品安全風(fēng)險(xiǎn)，一是在電池上加貼警示語“電池浸水后禁止使用！”；二是盡量使用鋰聚合物電池，以提高電池使用的安全性。

[1]全國堿性蓄電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 18287-2013[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[2]工業(yè)和信息化部（電子）.GB 31241-2014[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[3]全國原電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB 8897.4-2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[4]International Electrotechnical commission.IEC 60086-4：2007[S].Switzerland：IEC website，2013.

[5]International Electrotechnical commission.IEC 61960:2011[S].Switzerland：IEC website，2013.

The tolerance to washing test of lithium-ion batteries

Wang Tingting，Chen Youyu，Yang Xu，Ma Zhuang，Qian Jingling，Zhang Hong
（Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research）

The paper introduces the devices, testing process, testing results of washing test for lithium-ion cells and battery packs, studies the influence of washing test on the lithium-ion cells and battery packs.The testing results show that compared with the lithium polymer batteries, the tolerance of cobalt acid lithium batteries to washing test is poorer, and the possibility of rupture is more likely to happen, but in the course of washing tests there was no fire or explosion caused by two types of batteries.

lithium-ion cell; lithium polymer battery; cobalt acid lithium battery; washing test